Наиболее важная черта современной органической химии— широкое использование физических и физико-химических представлений и методов исследования. Применение этих методов, и в первую очередь ИК- и УФ-спектроскопии, ЭПР- и ЯМР-спектроскопии, а также масс-спектроскопии, нетолько во много раз ускорило расшифровку строения органических соединений, но и дало возможность гораздо глубже характеризовать электронную структуру и энергетику органических молекул. Эти методы также позволили во многих случаях раскрыть механизм химических реакций. В результате в курсах органической химии становятся необходимыми спектральные-характеристики различных классов органических веществ, а также по возможности замена прежних, в известной степени формальных, схем органических реакций электронными механизмами отдельных стадий реакций.
Для органической химии наших дней характерны крупнейшие успехи, достигнутые при изучении сложнейших природных соединений. К ним относятся достижения в расшифровке строения и синтез все более и более сложных белков — гормонов белковой природы, белков-ферментов, полная расшифровка строения ряда рибонуклеиновых кислот, наконец, синтез гена.
Следующей особенностью современной органической химии является возникневение совсем новых ее разделов, посвященных описанию очень своеобразных классов органических соединений, среди которых по их необычности на первое место нужно поставить небензольные ароматические соединения, некоторые группы элементорганических соединений, а также катенаны, ротаксаны и др.
Наконец, необходимо отметить дальнейшее сближение органической химии с биохимией и биологией. Химики-органики не только занимаются расшифровкой строений сложных органических соединений, они вносят большой вклад в «динамическую биохимию» (выяснение механизма действия энзимов, молекулярных основ наследственности и т. д.).
При подготовке пятого издания настоящий курс подвергся переработке, в процессе которой автор стремился в пределах возможного
5
отразить указанные черты современной органической химии и ее достижения.
Физическим методам исследования органических соединений уделено значительное внимание. Так, введен специальный раздел об УФ-спектроскопии: даются сведения о различных видах переходов электронов, даны некоторые примеры УФ-спектров и смещения полос поглощения в связи с изменением строения. Введено понятие о хиропти-ческих методах исследования, включен раздел о дисперсии оптического вращения и кругового дихроизма и применении этих методов для изучения конфигураций асимметрических углеродных атомов.
Несколько расширена «электроника» органических соединений. Включен материал о связывающих и разрыхляющих молекулярных орбиталях.
В книге в краткой форме даны представления об органических веществах, в которых различные молекулы соединены не химическими связями, а удерживаются благодаря особенностям геометрической формы молекул — о клатратных соединениях, катенанах и ротаксанах.
Расширены сведения по стереохимии. Введены понятия о R-, S-конфигурациях, приводятся новые методы разделения антиподов.
Вводя новый материал, автор стремился не увеличивать объема учебника, поэтому некоторые главы несколько сокращены.
Настоящее издание учебника разделено на два выпуска. Первый выпуск (I часть) посвящен алифатическим соединениям, второй выпуск (II часть) — карбоциклическим и гетероциклическим.
Автор
Оглавление
<• Предисловие................................ 5
Введение................................... 7
Определение понятия «органическая химия»......... 7
Краткий исторический очерк развития органической химии . . у Причины выделения органической химии в самостоятельную науку. Характерные особенности органических веществ ...... ю
Значение органической химии................. 12
Важнейшие источники органических соединений....... !<>
Глава I. Общий путь первоначального изучения органических веществ . . 14
Краткие сведения о выделении, очистке и определении чистоты органических веществ.................... . 14
Качественный анализ органических соединений........ 21
Количественный анализ органических соединений....... 24
Вывод атомных и молекулярных формул органических соединений............................. 27
Глава!!. Строение органических соединений и методы его установления . . 30
Состояние теоретических представлений в органической химии
до появления теории строения................ 30
Теория строения органических соединений А. М. Бутлерова . . 33
Формулы строения и их вывод............... 35
Электронные представления в органической химии и природа
химической связи...................... 38
Типы химических реакций с позиций электронных представлений ........................... 55
Некоторые физические методы, применяемые для выяснения
строения органических веществ............... 58
Общие сведения о методах, в которых используется взаимодействие вещества с электромагнитными волнами...... 61
Диффракционные методы................... 62
Оптическая спектроскопия .................. 64
Классификация органических соединений........... 77
АЛИФАТИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ, ИЛИ СОЕДИНЕНИЯ ЖИРНОГО
РЯДА.................................. 79
УГЛЕВОДОРОДЫ И ИХ ГАЛОГЕНОПРОИЗВОДНЫЕ ........ 79
Глава III. Предельные, или насыщенные, углеводороды (парафины,
или алканы)...................... 79
Номенклатура и изомерия................ 81
Природные источники предельных углеводородов..... 88
Синтетические способы получения предельных углеводородов.......................... 91
I. Реакции, при которых число атомов углерода в молекуле не изменяется............... 91
II. Реакции, при которых число атомов углерода в молекуле увеличивается ............... 92
III. Реакции, при которых число атомов углерода в молекуле уменьшается (расщепление углеродной цепи) . . 92
Физические свойства......,..........., , 93
Химические свойства.................. 95
Отдельные представители................ 96
Глава IV. Непредельные, или ненасыщенные, углеводороды...... 97
Углеводороды ряда этилена, или олефины ....... 98
Строение, номенклатура и изомерия .......... 98
Природные источники и способы получения олефинов . . 100
Физические свойства.................. 102
Химические свойства.................. ЮЗ
Отдельные представители............... И1
Диеновые углеводороды, или диолефпны ........ Щ
Отдельные представители................ 114
Каучук......................... 115
Углеводороды ряда ацетилена, или алкпны....... 118
Строение, номенклатура, изомерия........... 118
Способы получения.................. 119
Физические свойства.................. 121
Химические свойства.................. 121
Отдельные представители................. 124
Глава V. Галогенопроизводные алифатических углеводородов . . . 121
Номенклатура и изомерия............... 125
Способы получения .................. 125
Физические свойства.................. 129
Химические свойства................... 130
Отдельные представители................ 133
Фторзамещенные углеводородов ............ 136
СОЕДИНЕНИЯ, СОДЕРЖАЩИЕ КИСЛОРОД.............. 139
Глава VI. Спирты, или алкоголи. Простые эфиры........... 139
Одноатомные спирты.................. 140
Строение, изомерия, номенклатура ........... 140
Природные источники и способы получения....... 142
Физические свойства.................. . 144
Химические свойства.................. 147
I. Свойства атома водорода в гидроксиле ...... 147
II. Свойства гидроксила спирта........... 148
III. Свойства радикала спирта............ 149
IV. Реакции окисления спиртов............. 149
V. Образование комплексов............. 151
Отдельные представители................. 151
Многоатомные спирты................. 156
.Простые эфиры.................... 161
Номенклатура и изомерия............... 162
Способы получения................... 162
Физические свойства.................. 164
Химические свойства................. 164
Отдельные представители............... 160
Глава VII. Альдегиды и кетоны................. 168
Альдегиды....................... 168
Номенклатура и изомерия................ 169
Способы получения................... 170
Физические свойства.................. 171
Химические свойства.................. 172
I. Реакции окисления............... 172
П. Реакции карбонильной группы альдегидов .... 173 III. Реакции, обусловленные превращениями в радикале
альдегидов.................. 180
Отдельные представители............... 180
Кетоны ................... ..... 184
Номенклатура и изомерия................ 185
Способы получения.................. 185
445
Физически свойства.................. 186
Химические свойства.................. 188
I. Отношение к окислению............. 188
II. Реакции карбонильном группы кетонов..... 189
III. Реакции, обусловленные превращениями и радикале
кетонов..................... 191
Отдельные представители................ 192
Глава VIII. Одноосновные карбоновые кислоты ........... 194
Одноосновные насыщенные карбоновые кислоты..... 195
Номенклатура и изомерия............... 196
Природные источники и способы получения....... 196
Физические свойства................. 199
Химические свойства.................. 200
I. Свойства водорода в карбоксиле кислоты ..... 200
II. Реакции кислот, обусловленные гидроксилом карбоксила...................... 202
III. Свойства карбонильной группы кислот ..... 205
IV. Свойства радикала карбоновых кислот ..... 207
Отдельные представители................ 208
Одноосновные ненасыщенные карбоновые кислоты .... 216
Номенклатура и изомерия............... 216
Цис-транс-изомерия.................. 216
Природные источники и способы получения....... 220
Физические свойства.................. 221
Химические свойства.................. 221
Отдельные представители................ 223
Глава IX. Сложные эфиры. Жиры.................. 225
Сложные эфиры.................... 225
Номенклатура..................... 226
Природные источники и способы получения ...... 227
' Физические свойства.................. 229
Химические свойства.................. 229
f Отдельные представители................ 231
Жиры..............-........... 232
Получение'жиров.................... 234
Физические свойства.................. 234
Химические свойства.................. 235
Применение жиров................... 238
Твины......................... 238
Глава X. Двухосновные карбоновые, или д и карбоновые, кислоты . 239
Двухосновные насыщенные карбоновые кислоты .... 239
Номенклатура..................... 239
Получение....................... 240 --
Физические и химические свойства........... 241
Отдельные представители................ 243
Двухосновные ненасыщенные карбоновые кислоты . . . 248
Глава XI. Оксикислоты, или сп иртокислоты............. 249
Номенклатура и из омерия............... 250
Способы получения ................... 251
Физические свойства.................. 252
Понятие об оптической активности и ее измерении . . . 252
Химические свойства.................. 257
I. Свойства, зависящие от наличия карбоксила . . .. 257 II. Свойства, зависящие от наличия спиртового гид-
роксила...................... 258
III. Реакции, характерные лишь для оксикислот .... 260
Отдельные представители.............. 261
идноосновные оксикислоты .............. 26!
Зеркальная, или оптическая, изомерия ........ 203
Двухосновные и трехосновные оксикислоты....... 269
Стереоизомерия с несколькими асимметрически ч и углеродными атомами и некоторые другие вопросы стереоизомерии 277
Глава XII. Альдегидокислоты и кетонокислоты........... 288
'Номенклатура..................... 288
Способы получения .................. 288
Свойства........................ 289
Отдельные представители................ 289
Глава XIII. Простые углеводы (простые сахара), или моносахариды (мо-
нозы).......................... 295
Строение моносахаридов ................ 297
Классификация и номенклатура ............ 304
Изомерия....................... 304
Природные источники и способы получения....... 313
Физические свойства.................. 314
Химические свойства................. 315
Отдельные представители..........'...... 321
Пентозы........................ 321
Гексозы........................ 322
Фотосинтез...................... 328
Глава XIV. Сложные углеводы, или полисахариды (полиозы)..... 331
Сахароподобные полисахариды, или олигосахариды . . . 332
Отдельные представители................ 331
Неса.хароподобпые сложные углеводы, или, высшие полисахариды ....................... 340
СОЕДИНЕНИЯ, СОДЕРЖАЩИЕ АЗОТ................ 357
Глава XV. Амины и аминоспирты .........^...... 357
Амины......_............'...... 357
Номенклатура и изомерия................ 357
Способы получения ................... 35Я
Физические свойства................. 35J
Химические свойства.................. 363
Отдельные представители................ 362
Аминоспирты............'......... 364
Глава XXI. Аминокислоты ..................... 3G5
Номенклатура и изомерия............... 366
Способы получения.................. 367
Физические и химческис свойств;]............ 368
Отдельные представители................ 372
Глава XVII. Амиды кислот..................... 378
Способы получения.................. 378
Физические свойства.............. . 379
Химические свойства................... 379
Отдельные представител i.............. 380
Глава-XVIII. Белки........................... 388
Состав и строение -белков...............-. 389
Классификация белков................. 400
Свойства белков .................... 403
Реакции на белки................... 405
Глава XIX. Цианистая, циановая и гремучая кислоты ....... 4С6
Цианистая, или синильная кислота и ее производные . . 406
Циановая кислота ................... 409
Гремучая кислота ................... 410
